高频电路class(9).ppt

高频电子线路,王军 wangjun@,汕头大学电子工程系,3.3 高频功率放大器的高频效应,1. 少数载流子的渡越时间效应 由于晶体管基区内的不平衡少数载流子向集电区扩散时需要一定的时间τ，这个时间称为“渡越时间”。在低频工作时τ远小于信号周期 ，因此它的影响不明显，集电极电流可以跟随信号的变化。但当信号频率比较高时，由于τ的影响，使ic滞后后ie到达最大值。而且当输入信号改变方向时，反向电场将把滞留在基区的少数载流子拉回发射区，形成反向发射极电流。由于晶体管的基区电阻和输入结电容的影响，也会使基极电流和集电极电流幅度下降，且基极电流超前输入电压一个相位，有明显的容性分量。 图3-25说明了功放在低频和高频工作时的情况。因此，功放的高频性能将下降，输出功率和效率都比在低频工作时要低很多。,图3-25 载流子渡越时间对电流波形的影响 （a）低频工作时；（b）高频工作时,2. 非线性电抗效应 功放管中存在集电结电容Cb‘c,这个电容是随集电结电压Ubc变化的非线性势垒电容。,（1）若为负反馈：它的存在使的对高频信号呈现出低阻通道，使ib加大，rbb’上压降增大，ub‘e减小，ic减小，输出功率和效率下降。,为什么是非线性电抗？,电容大小是受静态工作点非线性影响的一个可变电容。,非线性电抗效应的影响怎么样？,（2）若为正反馈：会带来放大器的不稳定。,3. 发射极引线电感的影响,在高频工作时，这个电感呈现出很大的阻抗，作为射级负反馈。从而减小了集电极电流、降低了输出功率和效率。,（3-49）,引入了什么反馈？,电流串联负反馈,,同样大小激励的作用下，会产生相对较小的输出电流。,,降低了输出功率 降低了效率,4. 饱和压降的影响 晶体管工作于高频时, 实验发现其饱和压降随频率提高而加大。饱和电压的加大，使工作于临界状态的放大器的输出幅度下降，因此输出功率和效率也会降低。,图3-27 晶体管的饱和特性,频率比较低时：,低频时忽略掉了体电阻,高频时，由于趋肤效应，体电阻的影响将体现出来：,3.4 高频功率放大器的实际线路,不外乎要注意两个问题,(1)如何加直流偏置？,要保证在静态时集电结和发射结都要反偏，以保证晶体管处于C类放大状态；,(2)如何与前级或后级电路实现阻抗匹配？,1． 集电极馈电线路 图3-27(a)中，晶体管、 谐振回路和电源三者是串联连接的，故称为串联馈电线路.,减小电源内阻(公共内阻)造成 的共模干扰,3.4.1 直流馈电线路,,,Lb和Cb组成低通滤波器,Why？,(1)电源总是有内阻的，如果不加这样的滤波电路，则各次高频分量会在电源内阻上消耗能量，从而降低能量转换效率。,(2)另外一个侧面：共模干扰和稳定性问题,串联馈电的优点是Ec、 Lb、 Cb处于高频地电位，分布电容不影响回路,,,Lb和Cb组成低通滤波器,图 3-27(b) 中晶体管、 电源、 谐振回路三者是并联连接的，故称为并联馈电线路。由于正确使用了扼流圈Lb和耦合电容Cb，图3-27(b)中交流有交流通路，直流有直流通路，并且交流不流过直流电源。,并联馈电的优点是回路一端处于直流地电位，谐振回路中L、 C元件一端可以接地，安装方便。,2． 基极馈电线路,图 3-28 基极馈电线路的几种形式,,自给偏压 Eb=-UCb,基极组合偏压 Eb=ER1/(R1+R2),零偏压 Eb=0,自给偏压的优点是偏压能随激励大小变化，使晶体管的各极 电流受激励变化的影响减小，电路工作较稳定。Why?,激励增加->则发射极脉冲电流幅度增加->直流分量增加->UCB增加->使得偏置电压 (回顾上节课)Eb越负->减少脉冲幅度->相当于加了一个负反馈!,基极馈电线路也有串联和并联两种形式。,3.4.2 输出匹配网络 高频功放的级与级之间或功放与负载之间是用输出匹配网络连接的，一般用双端口网络来实现。该双端口网络应具有这样的几个特点: (1) 以保证放大器传输到负载的功率最大，即起到阻抗匹配的作用; (2) 抑制工作频率范围以外的不需要频率，即有良好的滤波作用; (3) 大多数发射机为波段工作，因此双端口网络要适应波段工作的要求，改变工作频率时调谐要方便，并能在波段内保持较好的匹配和较高的效率等。常用的输出线路主要有两种类型: LC匹配网络和耦合回路。,1. LC匹配网络 图3-29是几种常用的LC匹配网络。,图 3-29 几种常见的LC匹配 (a) L型; (b) T型; (c) Π型,在负载电阻Rp大于高频功放要求的最佳负载阻抗RLcr时，采用L-Ι型网络，通过调整Q值，可以将大的Rp变换为小的以获得阻抗匹配( )。 在负载电阻Rs小于高频功放要求的最佳负载阻抗RLcr时，采用L-Π型网络，通过调整Q值，可以将小的Rs变换为大的 以获得阻抗匹配( )。,,最后等效为一个串联谐振形式-> 小电阻,,等效为一个并联谐振形式-> 大电阻,L型网络虽然简单，但由于只有两个元件可选择,阻抗变换功能与选频功能（Q值决定）是一对矛盾。,T型网络和∏型网络有没有阻抗变换功能？,真正的目的是？,获得一个好的Q值，也就是好的滤波或选频性能。,最好采用L型网络+T型网络或∏型网络相互结合来实现阻抗匹配和阻抗变换功能,没有！！！,图 3-30 一超短波输出放大器的实际电路,自偏压,C1、C2、L1构成Π型匹配网络,L2补偿天线的辐射电容,图3-30是一超短波输出放大器的实际电路，它工作于固定频率。图中L1、 C1、 C2构成一Π型匹配网络，L2是为了抵消天线输入阻抗中的容抗而设置的。改变C1和C2就可以实现调谐和阻抗匹配的目的。,2． 耦合回路 图3-31 是一短波发射机的输出放大器，它采用互感耦合回路作输出电路，多波段工作。由第2章分析可知，改变互感M，可以完成阻抗匹配功能。,图3-31 短波输出放大器的实际线路,1:4变换器,波段开关,也是双调谐电路,改变K->即改变M, 改变C1和C2可以实现调谐,有没有反馈？,3.4.3 高频功放的实际线路举例 采用不同的馈电电路和匹配网络，可以构成高频功放的各种实用电路。 图3-32(a)是工作频率为50 MHz的晶体管谐振功率放大电路，它向50 Ω外接负载提供25 W功率，功率增益达7 dB。这个放大电路基极采用零偏，集电极采用串馈，并由L2、L3、C3、 C4组成Π型网络(?)。 图3-32(b) 是工作频率为175 MHz的VMOS场效应管谐振功放电路，可向50 Ω负载提供10 W功率，效率大于60％，栅极采用了C1、 C2、 C3、 L1组成的T型网络，漏极采用L2、L3、 C5、C7、 C8组成的Π型网络(?); 栅极采用并馈，漏极采用串馈。,图 3-32 高频功放实际线路 (a) 50 MHz谐振功放电路; (b) 175 MHz谐振功放电路,3.5 高效功放与功率合成 对高频功率放大器的主要要求是高效率和大功率。,C类功放效率和大功率是一对矛盾,近年来出现了新的功率放大器，效率高达90%以上,一类：开关型高频功放,另外一类：采用特殊的电路设计技术设计功放的负载回路，以降低器件功耗，提高功放的集电极效率，这类功放有F类、 G类和H类功放。,